[发明专利]岩石三轴外压和孔内液压耦合加卸荷试验装置

说明书

本发明公开了一种岩石三轴外压和孔内液压耦合加卸荷试验装置，由底座、围压加卸荷系统、孔内液压加卸荷系统、轴压加卸荷系统组成；围压加卸荷系统包括压力室、围压囊、保护胎、进出油通道、以及围压电液伺服系统；孔内液压加卸荷系统包括内压囊、上下密封构件、上下“L”型弯管、上下盖板、以及内压电液伺服系统；轴压加卸荷系统包括加载块、活塞杆、油缸、上下油腔通道、以及轴压电液伺服系统。本发明结构紧凑、各项功能独立协同，通过调节不同的围压和内压组合便可构建不同的环向分布非均匀径向应力场和切向应力场，通过伺服调节内压的卸荷速率便可在岩样内非均匀应力场上各点处实现线性和非线性的径向卸荷和切向加载应力路径。

技术领域

本发明涉及一种室内岩石力学试验装置，具体是涉及一种可实现多样应力路径和非均匀应力场重构的岩石三轴外压和孔内液压耦合加卸荷试验装置。

背景技术

随着经济发展对矿产资源需求量的增加和浅部资源的不断消耗，国内外越来越多的矿山进入深部或更深的开采状态，今后相当长时间内深部开采将是矿山开采的趋势和必然。深部硬岩开采中出现了一些现有理论无法很好解释、严重影响工程施工和资源高效回收的灾害现象，例如挤压大变形、岩爆、分区破裂、板裂等。近年来的研究发现，这些灾害与深部高应力硬岩在开挖卸荷扰动下岩体中的能量转移和释放密切相关。同时，深部硬岩矿体开采中出现的“好凿好爆”、开挖卸荷后的松动圈范围较浅部增大、小扰动后岩石易于致裂等特点说明深部高应力硬岩存在着更利于岩石破碎的倾向，只要找到适当的诱导破裂方法和途径，其内部储能就会变成有效破岩的有用动力源，从而为硬岩矿山的非爆机械化开采提供有利条件。但是，由于目前对深部高应力硬岩开挖卸荷响应内部机理缺乏透彻认识，无法对这些能量进行利用和控制，致使它们以灾害的形式表现出来。

事实上，深部高应力硬岩的开挖卸荷响应主要表现为：①伴随开挖过程中的非均匀应力场重构，产生应力集中和应力释放，在开挖区附近形成松动区；②伴随快速开挖卸载过程，在开挖面产生卸荷拉伸波，并向岩体深部传播，产生高强度动力扰动。因此，非均匀应力场和强卸荷应力路径是深部高应力硬岩开挖卸荷响应的内在因素，其过程主要取决于初始地应力大小及构成、开挖方法及开挖过程。初始地应力决定着开挖后围岩非均匀应力场的分布，而开挖方法及开挖过程则对应不同的卸荷应力路径。因而模拟深部高应力硬岩开挖卸荷响应过程，开展岩石三轴外压(包括围压和轴压)和孔内液压耦合加卸荷试验，研究岩石在多 样应力路径卸荷和非均匀应力场作用下的变形、破裂、破坏等响应特性，对理解深部岩体开挖破坏机理具有重要的理论和应用价值。

目前，可以实现多样应力路径加卸荷的岩石室内试验装置主要是岩石材料试验机，特别是岩石三轴试验机，可实现多个方向的不同应力路径加卸荷，能够模拟局部岩块在开挖过程中的力学过程，但不能在岩石内形成可控的非均匀应力场，不能模拟开挖围岩整体的卸荷响应过程，且难以实现多样应力路径强卸荷。现有的岩石孔内液压加载方法直接将水等压力介质作用在岩石孔壁，水容易侵入岩石孔隙或者微裂隙内，甚至从岩样渗出，从而弱化岩石力学特性，并且岩石与轴压加载块间难以密封，难以满足高应力硬岩加卸荷试验的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种密封性好、液压介质与岩样隔离、能实现多应力路径强卸荷、具有非均匀应力场重构能力的岩石三轴外压和孔内液压耦合加卸荷试验装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的岩石三轴外压和孔内液压耦合加卸荷试验装置，包括底座、围压加卸荷系统、孔内液压加卸荷系统、轴压加卸荷系统等四大部分，所述的底座包括用于支撑孔内液压加卸荷系统的底座板和用于支撑围压加卸荷系统的四个圆柱形支柱；

所述的围压加卸荷系统由压力室、用于储集围压加卸荷系统液压油的围压囊、安设在所述的围压囊和所述的压力室内壁之间的用于保护所述的围压囊的保护胎、安设在所述的围压囊低位的进油通道、安设在所述的围压囊高位的出油通道以及与所述的进油通道和所述的出油通道连通的围压电液伺服系统组成；